Hubo un tiempo en que los físicos de partículas tenían una vida feliz. Existía el protón, el neutrón y el electrón. Ahora, las partículas subatómicas forman todo un zoo. Pero en el fondo, sigue subyaciendo la idea de que toda la materia y la energía del universo se basan en un pequeño número de partículas.
En la actualidad, el Modelo Estándar nos ofrece una buena oportunidad de simplificar el mundo nuclear. Para no extendernos demasiado, tenemos un conjunto de partículas básicas. Seis de ellas, los llamados quarks, se agrupan en pares o en tríos para formar las partículas que generan las fuerzas nucleares fuertes: protones, neutrones, etc. Seis de ellos, los leptones, que incluyen los electrones y los neutrinos, sienten las fuerzas nucleares débiles. Después tenemos las partículas que transmiten esas fuerzas nucleares: gluones y bosones vectoriales intermedios. Tenemos el fotón, que transmite la fuerza electromagnética. Puede que exista el gravitón, para la fuerza gravitatoria. Ah, y cada partícula tiene su antipartícula.
Este modelo, como otros, ha sido verificado experimentalmente. Por eso, se construyen aceleradores de partículas cada vez más grandes y potentes: cuanto mayor la energía disponible, más partículas raras podemos obtener. Lo que hacen, básicamente, es hacer chocar partículas a alta energía, y ver qué sale. Es un poco como estampar dos relojes uno contra otro, e intentar averiguar cómo funcionan examinando los fragmentos.
Aquí, en Europa, tenemos el acelerador de partículas del CERN, en Ginebra. En realidad, es tan grande que está a caballo entre Francia y Suiza. Los norteamericanos intentaron construir uno más grande, pero se quedaron sin presupuesto. Sin embargo, tienen buenas máquinas, y les sacan provecho.
Hace poco, uno de los equipos que trabajan en el Tevatrón del laboratorio Fermilab de EEUU, anunciaron un descubrimiento sorprendente. Hicieron colisionar protones y antiprotones, y obtuvieron una nueva partícula a una energía de 140 gigaelectron-voltios (GeV). Esto es equivalente a la masa de dos átomos de cinc, así que estamos hablando de una partícula muy gorda. Pero esa no es la noticia. Lo que resulta extraño es que esa partícula no está predicha por el Modelo Estándar. Los científicos esperaban partículas, sí, pero de 90 GeV, y he aquí que aparece un bicho casi un 50% más masivo. De la sala de prensa de Fermilab saltó al New York Times, y eso por definición lo convierte en noticia.
El sospechoso más probable es el llamado bosón de Higgs. Se trata de una partícula muy extraña, que según el Modelo Estándar sería la responsable de dar masa a todas las demás partículas conocidas. De ser así, Fermilab habría encontrado el equivalente a la Piedra Rosetta de la física de partículas. Pero los datos preliminares indican que la desintegración observada no es la que cabría esperar si se tratase del bosón de Higgs. Otra posibilidad, más inquietante, sería una manifestación de una nueva fuerza de la naturaleza, desconocida hasta ahora. Eso inquieta a muchos físicos, porque llevaría a la modificación, o incluso a la retirada, del Modelo Estándar.
Hay una tercera posibilidad: ninguna de las anteriores. Esta nueva partícula se manifiesta como un pico estadístico obtenido tras observar infinidad de colisiones. La probabilidad de que se no se trate de una partícula predicha por el Modelo Estándar es pequeña, pero no tanto que resulte imposible, lo que convertiría el nuevo descubrimiento en un simple “artefacto,” un espejismo experimental que nos hace creer que hay algo donde no lo hay. Para comprobarlo, se están desarrollando otros experimentos en Fermilab, y seguro que en el CERN están trabajando ya en ello. Tendremos que esperar a ver qué pasa.
Aunque tendrán que darse prisa. La crisis afecta también a la ciencia. Debido a los últimos recortes presupuestarios, el Tevatrón se quedará sin dinero en Septiembre, y tendrá que cerrar. Sería irónico que el descubrimiento de la década resultase al mismo tiempo el canto del cisne. Pero mientras tanto, a cavar.
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Otros amazings también han hablado de esta noticia en sus blogs:
Ciencia Kanija: Los físicos del Fermilab han encontrado algo raro
Francis (Th)E Mule News: Un tecnopión de 150 GeV/c² podría ser la explicación de la anomalía observada en el Tevatrón del Fermilab
23 comentarios | Responde | Suscríbete
Creo que explicas bien , esto en un libro o explicado por un profesor no me hubiese enterado ni de la mitad.
… seis de ellos… sienten la fuerza… (siempre un maestro y un aprendiz hay)
En serio, muy buen artículo, lo he disfrutado.
Arturo, permíteme hacer de abogado del diablo.
“Hubo un tiempo en que los físicos de partículas tenían una vida feliz. Existía el protón, el neutrón y el electrón.” ¿Cuándo fue eso? A finales de 1931 sólo se conocían el protón y el electrón (el neutrón aún no había sido descubierto). A finales de 1932 se conocían el neutrón y el positrón.
“Los quarks se agrupan en pares o en tríos para formar las partículas que general las fuerzas nucleares débiles: protones, neutrones, etc.” ¿Cómo? ¿Mande? ¿Fuerzas nucleares fuertes?
“Este modelo, como otros, ha de ser verificado experimentalmente.” ¿Ha de ser? No será, “ha sido verificado.”
“Obtuvieron una nueva partícula a una energía de 140 gigaelectron-voltios (GeV). Esa partícula no está predicha por el Modelo Estándar.” ¿Nueva partícula? No, no se ha descubierto una nueva partícula, aún. La evidencia es muy pobre y podría ser una fluctuación estadística o una mala interpretación de las colisiones observadas.
“El sospechoso más probable es el llamado bosón de Higgs. (…) Pero los datos preliminares indican que la desintegración observada no es la que cabría esperar si se tratase del bosón de Higgs.” Habría que aclarar que el NO es un “no rotundo” (no puede ser el bosón de Higgs del Modelo Estándar). Se conocen muy bien sus propiedades y no corresponden a lo observado en las colisiones.
“Hay una tercera posibilidad: ninguna de las anteriores. Un simple “artefacto,” un espejismo experimental que nos hace creer que hay algo donde no lo hay.” Lo que habría que aclarar a todo los lectores es que esta es la posibilidad más razonable para cualquier físico experimental. Es la que no gusta a los físicos teóricos, pero casi con toda seguridad es la posibilidad correcta.
“Debido a los últimos recortes presupuestarios, el Tevatrón se quedará sin dinero en Septiembre, y tendrá que cerrar.” No me gusta como suena esta afirmación. Pero esa es otra discusión.
“Sería irónico que el descubrimiento de la década resultase al mismo tiempo el canto del cisne.” El otro experimento del Tevatrón no ha publicado nada al respecto. El LHC del CERN tampoco ha publicado nada el respecto. Este verano lo harán y sabremos si es un “artefacto” o algo más. El verano está a la vuelta de la esquina…
Por lo demás, muy buena entrada, Arturo.
Gracias por las puntualizaciones, Francis. Pero creo que la próxima vez le vos a decir al jefe que no te deje postear. Menuda machacada de moral
Estoy de acuerdo en que probablemente sea una fluctuación estadistica por tal y como se (poco) que se toman los datos.
Tambien estoy de acuerdo con el NO al boson. Ya lo discutimos (unos solo instigabamos a que escribierais mas, otros discutiais seriamente) hace tiempo y no se si eras tu el que hablaba precisamente del tema de que el tevatron no era idoneo para buscar particulas de baja masa; si por el contrario por encima de 100GeV …
Tambien creo se comentaba en ese post que los modelos teóricos del Tevatron colocaban al Boson sobre los 170GeV? Osea que bueno,…parece lógico que en cuanto ha habido un detalle que de fuerza a esta suposición pues se hayan aferrado a ella…
…Así que no se Francis si el tema de subvenciones es un tema aparte del todo…¬¬
En fin, es un tema interesante interesante…os podíais explayar un poco mas Francis, Arturo, Jorge y demas Fisicos (creo) con el tema.
Por otro lado y esto si es otro tema…una pregunta que siempre me he hecho con respecto a esto de la cuantica:
Cuando tu haces calculos en cuantica..imagino que en las ecuaciones consideraras un espacio R3 pero…que consideras un tiempo t3 por ejemplo tambien?…como estimas o interpretas eso de la simultaneidad de estados?
Estaría bien un post sobre eso para la gente que no sabemos nada, para que no pseudocienciemos la fisica al menos facilmente con barbaridades.
Sigo pensando que es algo bastante desconocido.
Un saludo
Noelillo… sobre el tema de subvenciones … es un tema interesante interesante…os podíais explayar un poco más…
No es cierto del todo que “La crisis afecta también a la ciencia. Debido a los últimos recortes presupuestarios, el Tevatrón se quedará sin dinero en Septiembre, y tendrá que cerrar.”
Recuerdo la historia a los despistados: Un comité técnico de expertos externos consideró a finales de 2010 que el Tevatrón debía continuar funcionando hasta 2014 complementando al LHC del CERN en la búsqueda del Higgs porque el LHC no iba a funcionar en 2012 y en 2011 se iban a recopilar muy pocas colisiones para encontrar el Higgs en el LHC según las estimaciones teóricos disponibles.
Sin embago, los nuevos cálculos teóricos de diciembre de 2010 sobre la esperanza de encontrar el Higgs en el LHC mejoraron mucho las expectativas previas además, el buen funcionamiento durante 2010 indicó que se recopilarán muchas más colisiones en 2011 de las que se plantearon como objetivo inicial.
Como resultado en enero se decidió prolongar el funcionamiento del LHC durante 2012 (parará en 2013 no en 2012) lo que hace que el Tevatrón no pueda competir con el LHC en la búsqueda del Higgs; su labor complementaria pierde muchísimos puntos. Máxime cuando a principios de enero se hablaba de colisiones a 8 TeV c.m. y una separación de paquetes de protones de 50 ns. El Tevatrón no tendría ninguna oportunidad de encontrar el Higgs y/o de encontrar casi cualquier otra cosa interesante sin que el LHC no la encontrara antes.
Por todo ello, y porque el Fermilab tiene muchos proyectos en curso que tendrían que ser parados (penalizando a miles de científicos en su trabajo) durante varios años si el Tevatrón contínua funcionando hasta 2014, un nuevo comité de expertos (internos al Fermilab) y políticos decidió que no se financiara la continuación del Tevatrón en enero de 2011. El Fermilab recibirá la financiación que necesita (más de 10 veces superior a la necesaria para continuar con el Tevatrón) para llevar a cabo sus otros proyectos estrella. Proyectos que sí aportarán, cuando se pongan en marcha, cosas muy interesantes que complementarán al LHC (pero no en la búsqueda del Higgs o de la SUSY).
En resumen, no es la crisis económica la que detendrá al Tevatrón en septiembre de 2011 como estaba planificado desde cuatro años. No es la crsisi si no el avance científico de los muchos otros proyectos del Fermilab. Penalizar esos otros proyectos sólo tiene sentido científico si el Tevatrón realmente fuera competitivo con el LHC pero en enero no parecía que fuera a llegar a serlo.
Por cierto, a finales de enero se decidió no forzar las colisiones en el LHC a 8 TeV y mantener las colisiones a 7 TeV y tampoco empezar en 2010 buscando los 50 ns sino solamente los 75 ns. Aún así, este último detalle no está del todo decidido. Algunas pruebas la semana pasada indicaron que no es descabellado alcanzar 1440 paquetes de protones separados 50 ns este año. Aún así, no hay seguridad de que se vaya a ser este año.
Noelillo: “Por otro lado y esto si es otro tema…Cuando tu haces calculos en cuantica..imagino que en las ecuaciones consideraras un espacio R3 pero…que consideras un tiempo t3 por ejemplo tambien?…como estimas o interpretas eso de la simultaneidad de estados?”
¿Tieempo t3? No sé qué quieres decir. El espaciotiempo es 3+1 (R3 en espacio y R+ en tiempo) según la relatividad (especial) de Einstein.
¿La simultaneidad de estados? Tampoco entiendo qué quieres decir. La simultaneidad en las colisiones se interpreta/calcula según la relatividad especial de Einstein. Es un cálculo sencillo.
Noelillo, ¿podrías aclarar tu pregunta?
Es que esta planteada mal porque soy un ignorante.
Ante todo aclarar que no vengo a descubrir nada ni ostias, sino a aprender un poco mas, espero no se me mal entienda, me gusta esto, pero no soy físico.
Me genera curisidad la cuantica, pero es dificil preguntar las dudas. Lo que digo es que en efecto, el espacio es [r3,t] osea [x,y,z,t], que determinan el la posición de algo en un momento .
Creo que cuando se intenta estimar donde estara algo a nivel cuantico se estima que aparecera por un rango en ese espacio-tiempo. En algun sitio entorno a [x,y,z] en un momento [t]. El tiempo siempre se trata como una dimensión más pero única.
Por otro lado cuando se habla de lo del principio de indeterminación, yo entiendo simplificando que las partículas tienen una “velocidad” (momento lineal?) que fluctúa (eso por un lado, rollo frecuencia)..y que por otro en el espacio pueden aparecer simultaneamente en varios sitios o no aparecer…lo que termina de imposibilitar poder estimar su posición en el espacio tiempo en el momento exacto, porque imagino aparecen dos soluciones de tipo [x,y,z,t] lo que es incoherente (como ves no tengo ni idea es todo una mierda). en si mismo
El caso, mi pregunta es, e imagino que matematicamente no habra mucha variación usar mas variables…
¿Que pasa si el tiempo se representara como un eje parecido al que se representa el espacio en 3D. En una linea temporal verias una sombra de algo que esta igual en [tx,ty,tz], no exactamente en t, que es lo que percibimos nosotros a nivel macroscopico y que es lo que modelamos por lo tanto.
En realidad es una tontería, simple curiosidad, lo pense el otro dia y me gustaria saber mas para entender, solo eso
Saludos
Correccion al parrafo 3
“En algun sitio entorno a [x,y,z] en un momento entorno a [t].”
Osea mierda… la pregunta es que faltan los signos de interrogación…la verdad es que es una verguenza de pregunta pero pero respeto a tu hacer caso joer, ya la hago bien, aunque sea mierda…
“¿Que pasa si el tiempo se representara como un eje parecido al que se representa el espacio en 3D.?
¿En una recta temporal unidimensional verias una “sombra” de algo que esta igual en [tx,ty,tz], y a vces, podrias ver mas de una “sombra”?
Y lo que me ha hecho aprender que no sabia ya solo el hecho de preguntar es que se utiliza relatividad especial percisamente para interpretar la simultaneidad.
Siempre aportais algo aunque uno diga sandeces
Pido perdón, pero me es difícil entender la pregunta. Así que no sé si lograré responderla. De todas formas, permíteme unos comentarios.
Lo primero, el tiempo en mecánica cuántica tiene un estatus especial diferente al que tiene el tiempo en relatividad. Hoy en día no se conoce la naturaleza cuántica del tiempo (si la tiene). En mecánica cuántica se puede dar un sentido cuántico a las duraciones (intervalos de tiempo) pero nadie sabe cómo hacerlo con los instantes (valores puntuales del tiempo). Sin embargo, en relación al espacio, es posible dar un sentido cuántico a un punto del espacio y a un intervalo. Esta diferencia entre el tiempo y el espacio en mecánica cuántica la diferencia de la relatividad especial donde el tiempo y el espacio están unificados en el espaciotiempo.
Cuando se mezclan mecánica cuántica y relatividad en la teoría cuántica de campos sólo se utilizan las relaciones entre intervalos de tiempo e intervalos de espacio, los instantes de tiempo y los puntos del espacio son conceptos difíciles de usar. Por ello se prefiere formular la interacción entre partículas utilizando momentos y energías (en lugar de posiciones y tiempos). Se sabe lo que pasa “mucho antes” de la interacción y se relaciona con lo que pasa “mucho después” pero lo que pasa durante la interacción no es unívoco (hay infinidad de posibilidades que han de ser tenidas en cuenta, aunque la probabilidad de muchas posibilidades es muy pequeña en muchos casos).
Lo segundo, el principio de incertidumbre es muy dífícil de interpretar de forma clásica. La interpretación más usual es que una partícula no tiene ni posición ni velocidad definidas. Una partícula es como una onda (más bien un paquete de ondas, como el sonido de tu voz cuando sale de tu boca, llega a la pared, rebota y oyes tu voz y tu eco). ¿A qué velocidad se mueve el sonido de tu voz? A cierta velocidad de grupo pero cada frecuencia de tu voz (agudos/graves) se mueve a velocidad diferente. ¿Dónde está el sonido de tu voz en cada momento? Hay un centroide del paquete de ondas pero saber dónde está una onda es difícil (imagina las ondas de una piedra en un estanque, dónde están las ondas, en qué lugar exactamente dirías que está).
La naturaleza ondulatoria de las partículas hace que conceptos como posición y velocidad en mecánica cuántica para una partícula puntual no coinciden con los conceptos clásicos para una partícula puntual (una pequeña bolita).
Lo tercero, ¿por qué hay un eje del tiempo y tres ejes del espacio? Nadie lo sabe. En mecánica cuántica tiempo y espacio son cosas muy diferentes. En relatividad están muy relacionados y uno se puede transformar en el otro (dentro del horizonte de sucesos de un agujero negro el “tiempo” es la distancia radial a la singularidad y el tiempo “convencional” actúa como una dimensión espacial).
Una de las grades preguntas de la ciencia aún sin respuesta es cuál es la naturaleza “íntima” o última del tiempo. Si trato de dar una respuesto me adentraría en el terreno de la metafísica/filosofía algo que no es mi campo.
Y cuatro, ¿por qué el tiempo tiene una flecha, una dirección, y el espacio no la tiene? ¿Qué pasaría si el tiempo fuera como una dimensión espacial y nos pudiéramos mover hacia adelante y hacia atrás en el tiempo? La verdad es que no lo sabemos. Como no conocemos la naturaleza del tiempo tampoco sabemos por qué tiene una flecha. Hay diferentes respuestas según el físico que hable. Que si el tiempo tiene un origen entrópico (termodinámico o estadístico), que si su origen es la expansión del universo, que si su origen está relacionado con el colapso de la función de onda, etc. Hay muchas ideas pero nadie conoce la respuesta. Yo podría dar mi opinión, pero será mi opinión y nada más.
Si te interesa la naturaleza del tiempo te recomiendo los ensayos (http://www.fqxi.org/community/forum/category/10) que aunque están en inglés y más de 50 te harán pensar un buen rato. Pero te anticipo, a mí no me convenció ninguno.
Muchas gracias por tu respuesta y los textos que me envías sonbre el tiempo!! Me voy a entretener bastante rato con esto!!
Gracias Francis
Por cierto Arturo, Gran post
+3
Gracias por tus comentarios, Francis. Por lo demás, no te ajunto, hala.
Coñas aparte, si solamente he metido la pata en esos puntos, ya me doy por satisfecho. Lo de la fuerza débil en los quarks, es claramente una metedura de pata mía. No sé en qué estaba pensando.
Gracias por la entrada Arturo! Y por las aclaraciones Francis!
Llamadme conspiranoico, pero a mi me parece por lo menos sospechoso un descubrimiento de una posible tal magnitud. Tal vez con este suceso se proporcione a ese centro algún ingreso económico. De todos modos y a parte de ese pequeño inciso me parece un suceso fascinante
.
Kyuubi, el “descubrimiento” tiene la magnitud que le han querido dar los medios. La magnitud la ha puesto el NYT no los científicos.
“Tal vez con este suceso se proporcione a ese centro algún ingreso económico.”
No, no le proporcionará ningún ingreso. La decisión sobre su financiación ya ha sido tomada.
Por supuesto, es un “suceso fascinante” (la física de partículas es una de mis pasiones).
Buena entrada! La puede entender quien no tenga ni idea de física de partículas.
Oh Dios. ¡Me he enterado de algo!
M’a encantao. Una exposición muy clara, coloquial y al mismo tiempo fascinante. De las que hacen afición a la ciencia (aunque se sea como yo “de letras puras”). Como dice Eme, “oh Dios, ¡Me he enterado de algo!
Por cierto, un detalle que quizás se haya pasado por alto. Cuando Arturo dice que “De la sala de prensa de Fermilab saltó al New York Times,” no es cierto. Más bien al contario. Un artículo teórico que publicaba antes de tiempo una figura experimental encendió a los blogueros especializados en física de partículas; luego se publicó el artículo experimental y el resto de las figuras y saltó la chispa del NYT. Esa chispa del NYT obligó al Fermilab a publicar una nota de prensa (no fue antes). Luego hubo una conferencia en el Fermilab sobre el resultado experimental.
Este asunto se ha llevado en la dirección contraria a la habitual.
Me quedo con la posibilidad más real, la tercera. Aunque de momento, hasta que se contrasten estos resuldados, podemos especular libremente.
Saludoss.
“Seis de ellas, los llamados quarks, se agrupan en pares o en tríos para formar las partículas que generan las fuerzas nucleares débiles: protones, neutrones, etc. Seis de ellos, los leptones, que incluyen los electrones y los neutrinos, sienten las fuerzas nucleares fuertes.” En este párrafo las palabras “débiles” y “fuertes” me parece que están intercambiadas
Buena entrada, Arturo
Saludos!